低压蒸汽环境中水蒸发界面温度和蒸发速率的实验研究
2021-01-29郭瑞丰吴春梅于佳佳李友荣
化工学报 2020年12期
郭瑞丰,吴春梅,于佳佳,李友荣
(重庆大学能源与动力工程学院,低品位能源利用技术及系统教育部重点实验室,重庆400044)
引 言
蒸发是一种常见的自然现象,广泛存在于日常生活和工业生产过程中[1-4]。虽然很多学者对蒸发气液界面现象进行了大量研究,然而,到目前为止,关于蒸发相变的机理并不完全清楚。从微观角度看,蒸发过程是能量高的分子优先从液相穿过气液界面进入气相的过程,是典型的非平衡热力学过程,在这一过程中,总是伴随着质量的传递及界面温度的不连续变化。很多研究[5-8]将气液界面的温度分布看作是连续的,这必然使得研究结果存在一定的偏差。Shankar等[9]尝试通过实验测量了蒸发界面的温度跳跃。Ward 等[10-14]采用线径为25 μm 的T型热电偶测量了不同工质在其自身低压蒸汽环境中的蒸发界面附近温度分布,观察到了明显的界面温度跳跃现象,且气液界面气相侧温度始终高于液相侧温度。Bond 等[15]通过动力学理论模拟了蒸发过程、并计算了蒸发界面温度跳跃,结果显示气相侧热通量对温度跳跃有很大影响。Badam 等[16]采用气相加热方式研究了低压纯蒸汽环境下气相侧热通量对温度跳跃大小的影响,测得了高达27.83 K的温度跳跃。Jafari等[17]在实验研究[16,18-19]基础上,通过直接Monte Carlo 模拟(DSMC)方法研究了蒸发界面气相侧温度分布以及能量传输过程,结果表明在较大气相侧热通量条件下,实验得到的气相侧温度误差较大,实际的温度跳跃远小于测量值,并且指出,对于温度跳跃的实验测量应当在气相侧热通量较低的条件下进行。……
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